DE102021106522A1

DE102021106522A1 - Backplanemodul zum elektrischen Verbinden mehrerer Funktionsmodule und modular aufgebautes Kommunikationssystem

Info

Publication number: DE102021106522A1
Application number: DE102021106522.4A
Authority: DE
Inventors: Martin Müller; Klas Hellmann
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2021-03-17
Publication date: 2021-09-30
Also published as: JP7559078B2; JP2023517339A; US12150267B2; WO2021191055A1; EP4129025A1; CN115316050A; US20230124987A1

Abstract

Die Erfindung betrifft u.a. ein Backplanemodul (20; 90) zum Koppeln mehrerer Funktionsmodule (160-190; 200-230) mit folgenden Merkmalen:einen Grundkörper (21; 91),ein innerhalb des Grundkörper (21; 91) angeordnetes Netzwerk-Kopplungselement (80; 100), wenigstens eine am Grundkörper (21; 91) angeordnete erste Anschlusseinrichtung (50; 110), die zum Koppeln eines Funktionsmoduls (180; 200) ausgebildet ist, wobei die wenigstens eine erste Anschlusseinrichtung (50; 110) wenigstens eine Kommunikationsschnittstelle (51; 111) aufweist, die mit einem Port (85; 103) des Netzwerk-Kopplungselements (80; 100) über eine Signalleitung (244; 252) verbunden ist, wenigstens eine am Grundkörper (21; 91) angeordnete zweite Anschlusseinrichtung (30; 130), die zum Koppeln eines Funktionsmoduls (160; 220) ausgebildet ist, wobei die wenigstens eine zweite Anschlusseinrichtung (30; 130) wenigstens zwei Kommunikationsschnittstellen (31, 32; 131, 132) aufweist, die jeweils mit einem der Ports (81, 82; 106, 107) des Netzwerk-Kopplungselements (80; 100) über jeweils eine separate Signalleitung (240, 241; 254, 255), die zusammen einen logischen Übertragungskanal bilden können, verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Backplanemodul zum Koppeln mehrerer Funktionsmodule sowie ein modular aufgebautes Kommunikationssystem, welches wenigstens ein derartiges Backplanemodul aufweist.
Backplanesysteme, auch als Rückwandsysteme bekannt, kommen beispielsweise in modular aufgebauten Geräten vor. Ein Backplanesystem kann beispielsweise einen Rückwandbus und mehrere Steckplätze aufweisen, die über den Rückwandbus elektrisch verbunden sind. In die Steckplätze können verschiedene elektronische Module eingesteckt werden.
Ferner ist bekannt, nebeneinander anreihbare Gerätemodule über eine Backplane bzw. Rückwand elektrisch miteinander zu verbinden, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Module eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung besteht. In diesem Fall übernimmt jedes Gerätemodul die Weiterleitung von Daten zu einem Modul, dass in Übertragungsrichtung hinter dem weiterleitenden Gerätemodul angeordnet ist. Hierbei besteht jedoch das Problem, dass, wenn eines der Module ausfällt, alle Module, die in Übertragungsrichtung hinter dem defekten Modul liegen, ebenfalls von der Kommunikation abgeschnitten sind. Auch ein Entfernen oder Austausch von Modulen im Betrieb ist nicht ohne Kommunikationsverlust auf andere Module möglich.
Aus der GB 2 404 815 B ist eine paketvermittelte Rückwand bzw. Backplane bekannt, die mehrere Steckplätze aufweist, die elektrisch über die Rückwand verbunden sind. Die bekannte Rückwand ist hierbei als passives Bauelement ausgeprägt, die Steckplätze über Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, d.h. in fest vorgegebener Weise, miteinander elektrisch verbinden. Eine einen Ethernet-Switch enthaltende Aggregationskarte kann in einen der Steckplätze eingesteckt werden.
Aus der US 2005/0078706 A1 ist ebenfalls eine paketvermittelte Rückwand bekannt, die über einzelne Punkt-zu-Punkt-Verbindungen oder über einen Bus Vermittlungsknoten und Nutzknoten miteinander verbinden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Backplanemodul zum Koppeln mehrerer Funktionsmodule zu schaffen, wobei das Backplanemodul eine flexible elektrische Verbindung seiner Anschlusseinrichtungen sowie eine dynamisch veränderbare Kommunikation zwischen an den Anschlusseinrichtungen angeschlossenen Funktionsmodulen ermöglicht. Eine weitere Aufgabe kann darin gesehen werden, ein modular aufgebautes Kommunikationssystem insbesondere zur industriellen Prozesssteuerung bereitzustellen, welches wenigstens ein solches Backplanemodul aufweist.
Ein Kerngedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, ein Backplanemodul, auch Rückwandmodul genannt, mit einer aktiven Komponente auszustatten, über welches Steckplätze, je nach Bedarf, flexible und dynamisch veränderbar miteinander verbunden werden können. Die aktive Komponente ist ein Netzwerk-Kopplungselement, welches auch als Netzwerkweiche bezeichnet werden kann
Das oben genannte technische Problem wird zum einen durch die Merkmale des Anspruchs 1 sowie durch die Merkmale des Anspruchs 7, welcher ein modular aufgebautes Kommunikationssystem insbesondere zur industriellen Prozesssteuerung betrifft, gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit einer beigefügten 1 näher erläutert.
1 zeigt ein beispielhaftes modular aufgebautes Kommunikationssystem 10, welches insbesondere in einer Automatisierungsanlage zur industriellen Prozesssteuerung eingesetzt werden kann. Das beispielhaft dargestellte modular aufgebaute Kommunikationssystem 10 weist wenigstens ein Backplanemodul 20 zum elektrischen, optischen, kapazitiven oder induktiven Koppeln und vorzugsweise auch zum mechanischen Koppeln mehrerer Funktionsmodule 160-190 auf. Bei den Funktionsmodulen 160-190 handelt es sich vorzugsweise um Module, in denen jeweils zumindest eine elektronische Schaltung implementiert ist. Ein Funktionsmodul kann beispielsweise als Eingabe-/Ausgabemodule auch als I/O-Modul bekannt, als Steuerung, beispielsweise als eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), realisiert sein, mit denen beispielsweise ein industrieller Prozess gesteuert werden kann. Eingabe-/Ausgabemodule können Sensoren und Aktoren sein. Das beispielhafte, modular aufgebaute Kommunikationssystem 10 dient in diesem Fall insbesondere dazu, Prozessdaten über das Backplanemodul 20 und sofern vorhanden, über wenigstens ein weiteres Backplanemodul 90 zwischen den Funktionsmodulen zu übertragen.
Das Backplanemodul 20 weist einen Grundkörper 21 auf, der beispielsweise als Gehäuse ausgebildet sein kann. Innerhalb des Grundkörpers 21 ist ein Netzwerk-Kopplungselement 80 angeordnet, welches mehrere Ports 81-89 aufweist. Das Netzwerk-Kopplungselement 80 kann zum Beispiel ein Ethernet-Switch sein, der Datenpakete gemäß einem Ethernet-Protokoll gezielt zwischen seinen Ports 81-89 vermitteln kann. Am Grundkörper 21 ist wenigstens eine Anschlusseinrichtung 50 angeordnet, die zum elektrischen und vorzugsweise auch mechanischen Koppeln eines Funktionsmoduls, beispielsweise des Funktionsmoduls 180 ausgebildet ist. Die Anschlusseinrichtung 50 kann als Ethernet-Steckverbinder ausgebildet sein. Die Anschlusseinrichtung 50 weist wenigstens eine Kommunikationsschnittstelle 51 auf, die mit einem Port, beispielsweise dem Port 85 des Netzwerkelementes 80 über eine Signalleitung 244 verbunden ist. Das Funktionsmodul 180 weist zum Beispiel eine Anschlusseinrichtung mit einer Kommunikationsschnittstelle 181 auf, um mit der Anschlusseinrichtung 50 gekoppelt werden zu können. Am Grundkörper 21 ist vorzugsweise eine zweite Anschlusseinrichtung 30 angeordnet, die zum elektrischen und vorzugsweise auch mechanischen Koppeln eines Funktionsmoduls, beispielsweise des Funktionsmoduls 160, ausgebildet ist. Die zweite Anschlusseinrichtung 30 weist wenigstens zwei Kommunikationsschnittstellen 31 und 32 auf, die jeweils mit einem Port des Netzwerkkopplungselements 80 über separate Signalleitungen, die einen logischen Übertragungskanal bilden können, verbunden sind. Wie dargestellt, ist die Kommunikationsschnittstelle 31 über eine Signalleitung 240 mit dem Port 81 verbunden, während die Kommunikationsschnittstelle 32 über eine Signalleitung 241 mit dem Port 82 des Netzwerks-Kopplungselements 80 verbunden ist. Bereits an dieser Stelle sei erwähnt, dass unter Mitwirkung des Netzwerk-Kopplungselements 80 eine sogenannte Link-Aggregation-Funktion bezüglich der Anschlusseinrichtung 30 ausgeführt werden kann, bei der mehrere physische Schnittstellen, beispielsweise die Kommunikationsschnittstellen 31 und 32 logisch zu einem Kanal gebündelt werden können, um beispielsweise den Datendurchsatz und die Ausfallsicherheit gegenüber einer einzigen Kommunikationsschnittstelle zu erhöhen. Hierfür kann beispielsweise das Link-Aggregation-Kontrollprotokoll (LACP) eingesetzt werden. Mit anderen Worten: das Netzwerk-Kopplungselement 80 kann dazu ausgebildet sein, dass LACP Protokoll auszuführen, um zum Beispiel Daten von und zu dem Funktionsmodul 160 über einen logischen Übertragungskanal, der die beiden Signalleitungen 240 und 241 bündelt, zu empfangen bzw. zu übertragen.
Um an die Anschlusseinrichtung 30 beispielsweise elektrisch angeschlossen werden zu können, weist das Funktionsmodul 160 eine Anschlusseinrichtung auf, die zwei Kommunikationsschnittstellen 161 und 162 enthält. Alternativ kann die Anschlusseinrichtung 30 optisch, kapazitiv oder induktiv mit den Kommunikationsschnittstellen 161 und 162 gekoppelt werden. Das Funktionsmodul 160 ist vorzugsweise dazu ausgebildet, über einen, die beiden separaten Signalleitungen 240 und 241 umfassenden logischen Übertragungskanal Daten zum Netzwerk-Kopplungselement 80 zusenden und Daten vom Netzwerk-Kopplungselement 80 zu empfangen.
Am Grundkörper 21 kann eine weitere Anschlusseinrichtung 40 angeordnet sein, die mindestens zwei Kommunikationsschnittstellen 41 und 42 aufweisen kann, die jeweils mit einem Port des Netzwerk-Kopplungselementes 80 über separate Signalleitungen verbunden sind. Wie gezeigt, ist die Kommunikationsschnittstelle 41 über eine Signalleitung 242 mit dem Port 83 verbunden, während die Kommunikationsschnittstelle 42 über eine Signalleitung 243 mit dem Port 84 des Netzwerk-Kopplungselementes 80 verbunden ist. Die beiden Signalleitungen 242 und 243 können je nach Konfiguration wiederum einen logischen Übertragungskanal bilden. Um an die Anschlusseinrichtung 40 angeschlossen werden zu können, weist das Funktionsmodul 170 eine Anschlusseinrichtung auf, die zwei Kommunikationsschnittstellen 171 und 172 enthält. Die Anschlusseinrichtung 4 kann hierzu optisch, induktiv, kapazitiv oder elektrisch mit den Kommunikationsschnittstellen 171 und 172 gekoppelt werden. Das Funktionsmodul 170 ist vorzugsweise dazu ausgebildet, über einen, die beiden separaten Signalleitungen 242 und 243 umfassenden logischen Übertragungskanal Daten zum Netzwerk-Kopplungselement 80 zusenden und Daten vom Netzwerk-Kopplungselement 80 zu empfangen.
1 zeigt eine vierte, am Grundkörper 21 angeordnete Anschlusseinrichtung 60, die wenigstens eine Kommunikationsschnittstelle 61 aufweisen kann, die mit dem Port 86 über eine Signalleitung 245 elektrisch verbunden ist. Das Funktionsmodul 190 weist eine Anschlusseinrichtung mit einer Kommunikationsschnittstelle 191 auf, die elektrisch, optisch, induktiv oder kapazitiv und vorzugsweise auch mechanisch mit der Anschlusseinrichtung 60 des Backplanemoduls 20 koppelbar ist. Angemerkt sei, dass, wie in 1 angedeutet, das Backplanemodul 20 auch mehr als die vier Anschlusseinrichtungen 30 bis 60 aufweisen kann.
Um das modular aufgebaute Kommunikationssystem 10 flexibel erweitern zu können, kann am Grundkörper 21 eine weitere Anschlusseinrichtung 70 vorgesehen sein, die wenigstens eine Kommunikationsschnittstelle aufweist. Im dargestellten Beispiel weist die Anschlusseinrichtung 70 zwei Kommunikationsschnittstellen 71 und 72 auf. Die Anschlusseinrichtung 70 ist zum elektrischen Verbinden und insbesondere auch zum mechanischen Koppeln des Backplanemoduls 20 mit einem weiteren Backplanemodul 90 ausgebildet.
Wie in 1 dargestellt, sind die Anschlusseinrichtungen 30, 40, 50 und 60 bezüglich einer gedachten Linie, die parallel zur x-Achse des in 1 gezeigten Koordinatensystems verläuft nebeneinander und im Abstand zueinander an einer Grundfläche 21a, welche in der xz-Ebene liegt, angeordnet. Die Anschlusseinrichtung 70 ist an einer senkrecht zur Grundfläche 21a verlaufenden Stirnfläche 21b des Grundkörpers 21 angeordnet, wobei die Stirnfläche 21b in der yz-Ebene des in 1 gezeigten Koordinatensystems liegt. Angemerkt sei an dieser Stelle, dass die Grundfläche 21a eine Tiefe in -z-Richtung aufweisen kann, die beispielsweise der Tiefe bzw. Länge der Funktionsmodule 160-190 entspricht. Das Backplanemodul 20 kann ferner Rastelemente 22 aufweisen, um auf eine Tragschiene aufgerastet werden zu können.
Um mit dem Backplanemodul 20 elektrische und mechanisch gekoppelt werden zu können, weist das Backplanemodul 90 eine an einem Grundkörper 91 angeordnete Anschlusseinrichtung 150 auf, die vorzugsweise zwei Kommunikationsschnittstellen 151 und 152 aufweist, wobei die Anschlusseinrichtung 150 komplementär zur Anschlusseinrichtung 70 des Backplanemoduls 20 ausgebildet ist. Die Anschlusseinrichtung 150 ist an einer in der yz-Ebene liegende Stirnfläche 91b des Grundkörpers 91 angeordnet. Wie in der 1 zu sehen, fluchten die Anschlusseinrichtungen 70 und 150 im aufgebauten Zustand. An den Stirnflächen 21b und 91b können komplementär ausgebildete Rastelemente zur mechanischen Kopplung der Backplanemodule 20 und 90 vorgesehen sein.
Ähnlich dem Backplanemodul 20 ist im Grundkörper 91 des Backplanemoduls 90 ein Netzwerk-Kopplungselement 100 mit mehreren Ports 101 bis 109 angeordnet, welches wiederum vorzugsweise als Ethernet-Switch ausgebildet sein kann. Ferner weist das Backplanemodul 90 zum Beispiel eine Anschlusseinrichtung 110 mit einer Kommunikationsschnittstelle 111, eine weitere Anschlusseinrichtung 120 mit einer Kommunikationsschnittstelle 121, eine weitere Anschlusseinrichtung 130 mit zwei Kommunikationsschnittstellen 131 und 132 und eine weitere Anschlusseinrichtung 140 mit zwei Kommunikationsschnittstellen 141 und 142 auf. Ähnlich dem Backplanemodul 20 sind die Anschlusseinrichtungen 110 bis 140 auf einer in der xz-Ebene liegenden Grundfläche 91a des Grundkörpers 91 angeordnet. An die Anschlusseinrichtungen 110 bis 140 kann jeweils ein Funktionsmodul angeschlossen werden. Allerdings kann das Backplanemodul 90 auch mehr als die vier Anschlusseinrichtungen 110 bis 140 aufweisen. Wie in der 1 dargestellt, kann ein Funktionsmodul 200, welches eine Kommunikationsschnittstelle 201 aufweist, elektrisch, optisch, kapazitiv oder induktiv und vorzugsweise auch mechanisch mit der Anschlusseinrichtung 110 gekoppelt werden. Ein Funktionsmodul 210, welches eine Kommunikationsschnittstelle 211 aufweist, kann mit der Anschlusseinrichtung 120 des Backplanemoduls 90 elektrisch, optisch, kapazitiv oder induktiv und vorzugsweise auch mechanisch gekoppelt werden. Ein weiteres Funktionsmodul 220, welches zwei Kommunikationsschnittstellen 221 und 222 aufweist, kann elektrisch, optisch, kapazitiv oder induktiv und und vorzugsweise auch mechanisch mit der Anschlusseinrichtung 130, welche ebenfalls zwei Kommunikationsschnittstellen 131 und 132 aufweist elektrisch und mechanisch gekoppelt werden. Ein weiteres Kommunikationsmodul 230 mit zwei Kommunikationsschnittstellen 231 und 232 kann mit der Anschlusseinrichtung 140 elektrisch, optisch, kapazitiv oder induktiv und vorzugsweise auch mechanisch gekoppelt werden. Wie in der 1 zu sehen, ist die Kommunikationsschnittstelle 111 über eine Signalleitung 252 mit einem Port 103 des Netzwerk-Kopplungselementes 100 verbunden. Die Kommunikationsschnittstelle 151 ist über eine Signalleitung 250 mit dem Port 101 verbunden, die Kommunikationsschnittstelle 152 ist über eine Signalleitung 251 mit dem Port 102 verbunden, die Kommunikationsschnittstelle 121 ist mit dem Port 104 verbunden, die beiden Kommunikationsschnittstellen 131 und 132 der Anschlusseinrichtung 130 sind über eine Signalleitung 254 mit dem Port 106 bzw. über eine Signalleitung 255 mit dem Port 107 verbunden, während die beiden Kommunikationsschnittstellen 141 und 142 der Anschlusseinrichtung 140 über eine Signalleitung 257 mit dem Port 109 und über eine Signalleitung 256 mit dem Port 108 des Netzwerk-Kommunikationselements 100 verbunden sind.
Angemerkt sei, dass die beiden Netzwerk-Kopplungselemente 80 und 100 gemäß dem aus der Netzwerktechnik bekannten Stacking-Verfahren derart miteinander verbunden werden können, dass sie und somit die beiden Backplanemodule 20 und 90 nach außen hin als eine Systemeinheit mit nur einer IP-Adresse auftreten. Hierzu kann zum Beispiel eine Verbindung, welche die Signalleitungen 247 und 251 oder die Signalleitungen 246 und 250 umfasst oder eine separate Verbindung (nicht dargestellt) benutzt werden.
An einer der Stirnfläche 91b gegenüberliegenden Stirnfläche 91c kann eine weitere Anschlusseinrichtung 270 am Grundkörper 91 des Backplanemoduls 90 vorgesehen sein, die beispielsweise zwei Kommunikationsschnittstellen 271 und 272 aufweist, die über eine Signalleitung 261 beispielsweise mit dem Port 250 und über eine Signalleitung 260 mit dem Port 105 des Netzwerk-Kopplungselements 100 verbunden sind. An die Anschlusseinrichtung 270 kann die Anschlusseinrichtung eines weiteren Backplanemoduls (nicht dargestellt) angeschlossen werden. Auch der Grundkörper 91 des Backplanemoduls 90 kann Rastelemente 92 zum Aufrasten auf eine Tragschiene aufweisen, die im dargestellten Ausführungsbeispiel parallel zur x-Achse verlaufen würde.
Die beiden Netzwerk-Kopplungselemente 80 und 100 können jeweils als VLAN-fähiges Netzwerk-Kopplungselement ausgebildet sein. Auf diese Weise ist es möglich innerhalb des Netzwerk-Kopplungselement 80 oder des Netzwerk-Kopplungselements 100 oder sogar über die beide Netzwerk-Kopplungselemente 80 und 100 eine virtuelle Verbindung oder ein logisches Teilnetz zwischen einzelnen Anschlusseinrichtungen und somit zwischen einigen der Funktionsmodule 160 bis 230, beispielsweise zwischen den Funktionsmodulen 160 und 230 aufzubauen. Beispielsweise kann auf diese Weise zwischen der Anschlusseinrichtung 30 und der Anschlusseinrichtung 140 über die Signalleitungen 240, 246, 250 und 257 eine virtuelle Verbindung aufgebaut werden. Auf diese Weise lassen sich Funktionen, wie zum Beispiel die Synchronisation redundanter Funktionsmodule, beispielsweise der Funktionsmodule 160 und 230 realisieren, ohne dass hierfür separate, ausschließlich für diese Funktion vorgesehene Kommunikationstechnologien implementiert werden müssen.
Dank des Einsatzes von Backplanemodulen, die jeweils aktive Netzwerk-Kopplungselemente aufweisen, kann in einfacher und flexibler Art und Weise ein komplexes, modular aufgebautes Kommunikationssystem 10 implementiert werden, welches insbesondere zur industriellen Prozesssteuerung ausgebildet sein kann.
Zumindest einige der obigen beispielhaft erläuterten Aspekte werden nachfolgend noch einmal zusammengefasst.
Es wird ein Backplanemodul zum Koppeln mehrerer Funktionsmodule bereitgestellt, wobei beispielhaft das in 1 gezeigte Backplanemodul 20 bzw. das Backplanemodul 90 zugrunde gelegt wird. An das Backplanemodul 20 können beispielsweise Funktionsmodule 160 bis 190 und an das Backplanemodule 90 beispielsweise Funktionsmodule 200 bis 230 angeschlossen werden. Das Backplanemodul 20 bzw. 90 kann folgende Merkmale aufweisen:

einen Grundkörper 21; 91,
ein innerhalb des Grundkörper 21; 91 angeordnetes Netzwerk-Kopplungselement 80; 100 mit mehreren Ports 81-89; 101-109, wenigstens eine am Grundkörper 21; 91 angeordnete erste Anschlusseinrichtung 50; 110, die zum Koppeln eines Funktionsmoduls 180; 200 ausgebildet ist, wobei die wenigstens eine erste Anschlusseinrichtung 50; 110 wenigstens eine Kommunikationsschnittstelle 51; 111 aufweist, die mit einem Port 85; 103 des Netzwerk-Kopplungselements 80; 100 über eine Signalleitung 244; 252 verbunden ist,
wenigstens eine am Grundkörper 21; 91 angeordnete zweite Anschlusseinrichtung 30; 130, die zum Koppeln eines Funktionsmoduls 160; 220 ausgebildet ist, wobei die wenigstens eine zweite Anschlusseinrichtung 30; 130 wenigstens zwei Kommunikationsschnittstellen 31, 32; 131, 132 aufweist, die jeweils mit einem der Ports 81, 82; 106, 107 des Netzwerk-Kopplungselements 80; 100 über jeweils eine separate Signalleitung 240, 241; 254, 255, die zusammen einen logischen Übertragungskanal bilden können, verbunden sind, wobei das Netzwerk-Kopplungselement 80; 100 zum Empfangen und Senden von Datenpaketen von und zu der wenigstens einen ersten Anschlusseinrichtung 50; 110 und der wenigstens einen zweiten Anschlusseinrichtung 30; 130 ausgebildet ist.

Vorzugsweise ist am Grundkörper 21; 91 wenigstens eine dritte Anschlusseinrichtung 70; 270 mit wenigstens einer Kommunikationsschnittstelle 71, 72; 271, 272 angeordnet ist, die zum Koppeln des Backplanemoduls 20; 90 mit einem weiteren Backplanemodul ausgebildet ist.
Eine kompakte und platzsparende Anordnung ergibt sich beispielsweise dadurch, dass die wenigstens eine erste Anschlusseinrichtung 50; 110 und die wenigstens eine zweite Anschlusseinrichtung 30; 130 bezüglich einer gedachten Linie nebeneinander und in Abstand zueinander an einer Grundfläche 21a; 91a des Grundkörpers 21; 91 angeordnet sind, und dass
die wenigstens eine dritte Anschlusseinrichtung 70; 150 an einer senkrecht zur Grundfläche 21a; 91a verlaufenden Fläche 21b; 91b des Grundkörpers 21; 91 angeordnet ist.
Zweckmäßigerweise kann das Netzwerk-Kopplungselement 80; 100 als Ethernet-Switch ausgebildet sein.
Die Leistungsfähigkeit des Backplanemoduls 20; 90 kann dadurch erhöht werden, dass das Netzwerk-Kopplungselement 80; 100 optional oder zusätzlich als VLAN-fähiges Netzwerk-Kopplungselement ausgebildet sein kann.
Um das Backplanemodul 20; 90 zum Beispiel in einen Schaltschrank einbauen zu können, können am Grundkörper 21; 91 Montageelemente 22; 92 zum Montieren des Backplanemoduls 20; 90 an einer Tragschiene ausgebildet sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein modular aufgebautes Kommunikationssystem 10, welches insbesondere zur industriellen Prozesssteuerung ausgebildet sein kann, vorgesehen, welches folgende Merkmale aufweisen kann:

ein erstes Backplanemodul 20, wie zuvor erläutert, wenigstens ein erstes Funktionsmodul 180, das eine Anschlusseinrichtung mit wenigstens einer Kommunikationsschnittstelle 181 aufweist, wobei das wenigstens eine erste Funktionsmodul 180 über die wenigstens eine erste Anschlusseinrichtung 50 mit dem ersten Backplanemodul 20 optisch, kapazitiv, elektrisch oder induktiv und vorzugsweise auch mechanisch gekoppelt ist,
wenigstens ein zweites Funktionsmodul 160, welches eine Anschlusseinrichtung mit wenigstens zwei Kommunikationsschnittstellen 161, 162 aufweist und welches über die zweite Anschlusseinrichtung 30 mit dem ersten Backplanemodul 20 optisch, kapazitiv, elektrisch oder induktiv und vorzugsweise auch mechanisch gekoppelt ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht ein zweites, mit dem ersten Backplanemodul 20 gekoppeltes Backplanemodul 90, welches zuvor beschrieben worden ist, vor, wobei das Netzwerk-Kopplungselement 80 des ersten Backplanemoduls 20 und das Netzwerk-Kopplungselement 100 des zweiten Backplanemoduls 90 über wenigstens eine elektrische Verbindung (246, 250; 247, 251) miteinander verbunden sind. Eine elektrische Verbindung kann Signalleitungen 246 und 250 aufweisen. Eine alternative oder zusätzliche Verbindung kann Signalleitungen 247 und 251 aufweisen. Es ist wenigstens ein drittes Funktionsmodul 200 vorgesehen, das eine Anschlusseinrichtung mit wenigstens einer Kommunikationsschnittstelle 201 aufweist, wobei das wenigstens eine dritte Funktionsmodul 200 über die wenigstens eine erste Anschlusseinrichtung 110 mit dem zweiten Backplanemodul 90 optisch, kapazitiv, elektrisch oder induktiv und vorzugsweise auch mechanisch gekoppelt ist. Weiterhin ist
wenigstens ein viertes Funktionsmodul 220 vorgesehen, welches eine Anschlusseinrichtung mit wenigstens zwei Kommunikationsschnittstellen 221, 222 aufweist und welches über die wenigstens eine zweite Anschlusseinrichtung 130 mit dem zweiten Backplanemodul 90 optisch, kapazitiv, elektrisch oder induktiv und vorzugsweise auch mechanisch gekoppelt ist .
Um zum Beispiel den Datendurchsatz zwischen wenigstens zwei Funktionsmodulen erhöhen zu können, können die Funktionsmodule, zum Beispiel die Funktionsmodule 160 und 170 mittels des Netzwerk-Kopplungselements 80 über wenigstens zwei separate elektrische Verbindungen, die einen logischen Übertragungskanal bilden können, miteinander verbunden werden. In dem beispielhaften Fall weist die eine elektrische Verbindung zum Beispiel die Signalleitungen 240 und 242 auf, während die andere Verbindung die Signalleitungen 241 und 243 umfassen kann.
Vorzugsweise können wenigstens zwei der Funktionsmodule, zum Beispiel die Funktionsmodule 160 und 230 über eine virtuelle Verbindung kommunizieren. In diesem Fall kann eine virtuelle Verbindung über die Kommunikationsschnittstelle 31, die Signalleitung 240, die Ports 81 und 89 des Netzwerk-Kopplungselements 80, die Signalleitungen 246 und 250, die Ports 101 und 109 des Netzwerk-Kopplungselements 100, die Signalleitung 257 und die Kommunikationsschnittstelle 232 aufgebaut werden.
Vorzugsweise kann jedes der Funktionsmoduls 160-230 als I/O-Modul, Kommunikationsmodul oder als Steuerung ausgebildet sein.
Angemerkt sei noch, dass es sich bei den Kommunikationsschnittstellen im einfachsten Fall um elektrische Anschlüsse handeln kann. Sie können aber auch als induktive, optische oder kapazitive Kopplungselemente ausgebildet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

GB 2404815 B [0004]
US 2005/0078706 A1 [0005]

Claims

Backplanemodul (20; 90) zum Koppeln mehrerer Funktionsmodule (160-190; 200-230), aufweisend: einen Grundkörper (21; 91), ein innerhalb des Grundkörper (21; 91) angeordnetes Netzwerk-Kopplungselement (80; 100) mit mehreren Ports (81-89; 101-109), wenigstens eine am Grundkörper (21; 91) angeordnete erste Anschlusseinrichtung (50; 110), die zum Koppeln eines Funktionsmoduls (180; 200) ausgebildet ist, wobei die wenigstens eine erste Anschlusseinrichtung (50; 110) wenigstens eine Kommunikationsschnittstelle (51; 111) aufweist, die mit einem Port (85; 103) des Netzwerk-Kopplungselements (80; 100) über eine Signalleitung (244; 252) verbunden ist, wenigstens eine am Grundkörper (21; 91) angeordnete zweite Anschlusseinrichtung (30; 130), die zum Koppeln eines Funktionsmoduls (160; 220) ausgebildet ist, wobei die wenigstens eine zweite Anschlusseinrichtung (30; 130) wenigstens zwei Kommunikationsschnittstellen (31, 32; 131, 132) aufweist, die jeweils mit einem der Ports (81, 82; 106, 107) des Netzwerk-Kopplungselements (80; 100) über jeweils eine separate Signalleitung (240, 241; 254, 255), die zusammen einen logischen Übertragungskanal bilden können, verbunden sind, wobei das Netzwerk-Kopplungselement (80; 100) zum Empfangen und Senden von Datenpaketen von und zu der wenigstens einen ersten Anschlusseinrichtung (50; 110) und der wenigstens einen zweiten Anschlusseinrichtung (30; 130) ausgebildet ist.
Backplanemodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Grundkörper (21; 91) wenigstens eine dritte Anschlusseinrichtung (70; 270) mit wenigstens einer Kommunikationsschnittstelle (71, 72; 271, 272) angeordnet ist, die zum Koppeln des Backplanemoduls (20; 90) mit einem weiteren Backplanemodul ausgebildet ist.
Backplanemodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine erste Anschlusseinrichtung (50; 110) und die wenigstens eine zweite Anschlusseinrichtung (30; 130) bezüglich einer gedachten Linie nebeneinander und in Abstand zueinander an einer Grundfläche (21a; 91a) des Grundkörpers (21; 91) angeordnet sind, und dass die wenigstens eine dritte Anschlusseinrichtung (70; 150) an einer senkrecht zur Grundfläche (21a; 91a) verlaufenden Fläche (21b; 91b) des Grundkörpers (21; 91) angeordnet ist.
Backplanemodul nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Netzwerk-Kopplungselement (80; 100) ein Ethernet-Switch ist.
Backplanemodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzwerk-Kopplungselement (80; 100) ein VLAN-fähiges Netzwerk-Kopplungselement ist.
Backplanemodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Grundkörper (21; 91) Montageelemente (22; 92) zum Montieren des Backplanemoduls (20; 90) an einer Tragschiene ausgebildet sind.
Modular aufgebautes Kommunikationssystem (10) insbesondere zur industriellen Prozesssteuerung, aufweisend: ein erstes Backplanemodul (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wenigstens ein erstes Funktionsmodul (180), das eine Anschlusseinrichtung mit wenigstens einer Kommunikationsschnittstelle (181) aufweist, wobei das wenigstens eine erste Funktionsmodul (180) über die wenigstens eine erste Anschlusseinrichtung (50) mit dem ersten Backplanemodul (20) gekoppelt ist, wenigstens ein zweites Funktionsmodul (160), welches eine Anschlusseinrichtung mit wenigstens zwei Kommunikationsschnittstellen (161, 162) aufweist und welches über die zweite Anschlusseinrichtung (30) mit dem ersten Backplanemodul (20) gekoppelt ist.
Modular aufgebautes Kommunikationssystem nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein zweites, mit dem ersten Backplanemodul (20) gekoppeltes Backplanemodul (90) nach einem Ansprüche 1 bis 6, wobei das Netzwerk-Kopplungselement (80) des ersten Backplanemoduls (20) und das Netzwerk-Kopplungselement (100) des zweiten Backplanemoduls (90) über wenigstens eine elektrische Verbindung (246, 250; 247, 251) miteinander verbunden sind, wenigstens ein drittes Funktionsmodul (200), das eine Anschlusseinrichtung mit wenigstens einer Kommunikationsschnittstelle (201) aufweist, wobei das wenigstens eine dritte Funktionsmodul (200) über die wenigstens eine erste Anschlusseinrichtung (110) mit dem zweiten Backplanemodul (90) gekoppelt ist, wenigstens ein viertes Funktionsmodul (220), welches eine Anschlusseinrichtung mit wenigstens zwei Kommunikationsschnittstellen (221, 222) aufweist und welches über die wenigstens eine zweite Anschlusseinrichtung (130) mit dem zweiten Backplanemodul (90) gekoppelt ist.
Modular aufgebautes Kommunikationssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Funktionsmodule (160-230) über wenigstens zwei Verbindungen, die einen logischen Übertragungskanal bilden können, miteinander verbunden sind.
Modular aufgebautes Kommunikationssystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Funktionsmodule (160-230) über eine virtuelle Verbindung kommunizieren.
Modular aufgebautes Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Funktionsmoduls (160-230) als I/O-Modul, Kommunikationsmodul oder als Steuerung ausgebildet ist.